こちらは新しいシリーズで、OTeeというVirtual PLCを使用し様々な記事を展開します。第5話ではOTee Platform上でFunction Blockを作成します。Function Blockを使用することによって、コードを再利用でき、プログラムの可読性をアップし、同じロジックを“部品化”して何度でも使えに繋がります。

また、これからはOTeeのVirtual PLCをBerghofのMC-Pi Proにインストールし、記事を展開します。

さ、FAを楽しもう。

前書き

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MC-Pi Pro?

Berghof社製のMC-Pi Proは、クアッドコアCPUと完璧に調整されたハードウェアとソフトウェアにより、優れたリアルタイム動作で感動を与えます。最先端のRaspberry Piテクノロジー（CM4）と一流のBerghofエンジニアリングにより、産業用アプリケーションで最高のパフォーマンスを発揮します。

2 GB RAM、8 GB Flash、200 kB Retainを搭載したエントリーレベルのモジュールでも、幅広いアプリケーションに対応可能です。

なぜFBを使うのか？

FBは「状態を持つ再利用部品」で、同じロジックを“部品化”して何度でも使え、各インスタンスが自分の内部状態（メモリ）を保持します。

状態保持（メモリを持てる）

タイマ、カウンタ、ラッチ、シーケンスの段管理などは“前回値”が必要。FBは内部変数に自分の状態を持てます（関数は持てない）。

再利用性と一貫性

1回作ればどの装置でも流用可。バグ修正や仕様変更はFB本体を直すだけで全インスタンスに効く→品質とスピードが上がる。

多重配置（インスタンス化）

同一FBをモータ1〜モータ200へ横展開。各インスタンスが独立動作するので、コピペ地獄とヒューマンエラーを回避できます。

抽象化（インタフェース化）

複雑な処理を「入力→出力」だけに見せて中身を隠す。上位ロジックは“何をしたいか”に集中でき、下位の実装差（メーカー差・機種差）を吸収できます。

テスト容易性

単体テストしやすく、シミュレーションも楽。I/Oをモック化すれば現場に持ち込む前に動作確認ができる。

保守性と拡張性

仕様追加・パラメータ拡張が容易。プロジェクトが大きくなっても構造は壊れない。

FBがFCと違うところ?

関数（FUNCTION）: 入力→出力の“計算”。内部状態を保持しない”使い捨て”。
FB（FUNCTION BLOCK）: 入力→出力に加え、内部状態を保持する“オブジェクト”。

なぜ配列を使うのか？

配列（ARRAY）は「同じ型の値を、連番の“箱”に並べて入れる固定長のデータ入れ」で、メモリ上は連続して並び、インデックスで要素にアクセスする。

横展開の自動化（スケール）

センサ／モータ／バルブなど“同型チャンネル”が多数ある時、配列＋FORで同一ロジックを一括処理でき、コピペ地獄とヒューマンエラーを回避可能です。

一貫性・保守性

仕様変更はループ本体を1か所直すだけで、数多くあっても修正漏れが起きにくいんです。

I/O・通信との親和性

フィールドバスやレジスタは連続アドレス（WORD配列）で来ることがおおく、配列でそのままマップできます。

レシピ／チューニングの表形式化

しきい値・時間・ゲイン等を配列にまとめると、HMIから行（チャンネル）ごとに編集しやすいです。

Implementation1

Implementation1は実際自分の手でFBを作成する手順を説明します。

新しいFBの追加

それではOTee PlatformからFunction Blockを追加していきます。

Entityの追加画面が表示されます。

Typeー>Function Blockを選択します。

次はName欄にFunction Block名を入力します。

最後はSaveボタンで設定を保存します。

Done!新しいFBが追加されました。

インターフェース

次は右側にあるInterfaceで入出力パラメータを設定しましょう。今回の記事ではInput/Outputという少し特別なパラメータを使用します。

VARINPUT

こちらはImplementation1のFBで定義した入力パラメータです。

xSensorInputSide1:センサー1の入力信号
xSensorInputSide2:センサー2の入力信号
tSensor1ONTime:センサー1の信号遅延設定、信号の揺れ防止
tSensor1ONTime:センサー2の信号遅延設定、信号の揺れ防止

VAR

こちらはFB内部のメモリを保持する変数です。

fbTON1:センサー1遅延用のTON タイマー
fbTON1:センサー2遅延用のTON タイマー

VAROUTPUT

こちらはImplementation1のFBで定義した出力パラメータです。

xSensorInSide1:センサー1の信号出力(遅延あり)
xSensorInSide2:センサー1の信号出力(遅延あり)

VARTEMP

こちらはFB内部の一時的な変数(保持なし)です。

_tfbTON1ET:センサー1の遅延経過時間
_tfbTON2ET:センサー2の遅延経過時間
_xfbTON1q:センサー1の遅延したあとの出力信号
_xfbTON2q:センサー2の遅延したあとの出力信号

プログラム

こちらはImplementation1のFBプログラムです。

(**)

fbTON1(

IN := xSensorInputSide1,

PT := tSensor1ONTime,

Q => _xfbTON1q,

ET => _tfbTON1ET

);

(**)

fbTON2(

IN := xSensorInputSide2,

PT := tSensor2ONTime,

Q => _xfbTON2q,

ET => _tfbTON2ET

);

xSensorInSide1:=_xfbTON1q;

xSensorInSide2:=_xfbTON2q;

MAIN

次はMAINプログラムで先ほど定義したFBを呼び出しましょう。

VAR

Localー>VARー>Add variableで先程追加したFBをデータ・タイプとして定義しましょう。今回は”fbCylinder1Sensor”として定義します。

次はEditorで先程宣言した”fbCylinder1Sensor”を呼び出します。

Done!OTeeのPlatformで自動的にすべての入出力パラメータもTemplateとして自動生成します。

プログラム

”fbCylinder1Sensor”の各パラメータを適切に割り付けましょう。

fbCylinder1Sensor(

xSensorInputSide1 := xSensorFwSide,

xSensorInputSide2 := xSensorBwSide,

tSensor1ONTime := T#1s,

tSensor2ONTime := T#0.5s,

xSensorInSide1 => xSensorInFW,

xSensorInSide2 => xSensorInBw

);

結果

Done!私達で作成したFBが無事にMAINプログラムから呼び出されました。

FB内部のタイマーにもちゃんと動作しています。

Implementation2

次は新しいFBを作成し、Implementation1で作成したFBの起動を呼び出し→拡張します。

新しいFBの追加

OTee Platform→+で新しいFBを追加します。

FB内で別のFBを呼び出し

新しいFBに先Implementation1で作成したFBを宣言します。

配列パラメータの定義

今回のImplementationではInput/Outputパラメータで配列パラメータを宣言します。

ARRAYを選択します。

OTeeから配列の設定画面が表示されます。

Array Typeをクリックし→配列のデータ・タイプを設定します。

次はLower・Upperで配列のサイズを定義します。

そして定義された配列のデータ・タイプを変更したい場合は、データ・タイプのところに右クリックします。

そして変更するデータ・タイプを設定します。今回の実装では実数タイプに変更します。

Done!配列変数のデータ・タイプはREALに変更できました。

インターフェース

次は右側にあるInterfaceで入出力パラメータを設定しましょう。

VARINOUT

こちらはImplementation2のFBで定義した入出力パラメータです。

arrrParameters:FB内部のパラメータを外部から設定できるように宣言した配列パラメータです。

VARINPUT

こちらはImplementation2のFBで定義した入力パラメータです。

xSensorInputSide1:センサー1の入力信号
xSensorInputSide2:センサー2の入力信号
xReset:センサー1とセンサー2がONしたCounter数を0にリセットする
xAlarmReset:FBのアラームをリセットする

VAR

こちらはFB内部のメモリを保持する変数です。

_fb2SideSensor:Implementation1で定義したFB
_xSensorInputSide1:センサー1の入力遅延信号(FB内部用)
_xSensorInputSide2:センサー2の入力遅延信号(FB内部用)

こちらもFB内部のメモリを保持する変数です。

_udiSensorSide1Counter:センサー1のOFF→ONのCounter
_udiSensorSide2Counter:センサー1のOFF→ONのCounter
_fbRTRIGReset:Reset信号の立ち上げ検知
_xReset:リセット信号の立ち上げ出力
_fbRTRIGSide1Up:センサー1の立ち上げ検知げ
_fbRTRIGSide2Up:センサー2の立ち上げ検知げ
_xSensor1CountUp:センサー1の立ち上出力
_xSensor2CountUp:センサー2の立ち上出力
_fbAlarm1:アラームの検知タイマー
_xfbAlarm1Q:アラームの出力

VAROUTPUT

こちらはImplementation2のFBで定義した出力パラメータです。

xSensorInSide1:センサー1の信号出力(遅延あり、アラームなし)
xSensorInSide2:センサー1の信号出力(遅延あり、アラームなし)
xAlarmSensorBothSideON:センサー1とセンサー2同時ONアラーム
udiSensorSide1Counter:センサー1がOFF→ONした数
udiSensorSide2Counter:センサー2がOFF→ONした数

プログラム

こちらはImplementation2のプログラムです。

xResetの立ち上がりでカウンタ2つを0クリア（_fbRTRIGReset→_xResetを1スキャンだけTRUE）。
_fb2SideSensorでセンサー値を取得します。
それぞれの立上り検出（_fbRTRIGSide1Up/2Up）でカウントアップ。
両側ONが一定時間連続したら（_fbAlarm1のQ）、xAlarmSensorBothSideONをラッチ。
xAlarmResetで解除。
最後に外部公開用の出力・カウントへ反映。

(*Counter Reset*)

_fbRTRIGReset(

CLK := xReset,

Q=>_xReset

);

if _xReset then

_udiSensorSide1Counter:=0;

_udiSensorSide2Counter:=0;

end_if;

(*Sensor Input FB*)

_fb2SideSensor(

xSensorInputSide1 := xSensorInputSide1,

xSensorInputSide2 := xSensorInputSide2,

tSensor1ONTime := REAL_TO_TIME(IN := arrrParameters[0]),

tSensor2ONTime := REAL_TO_TIME(IN := arrrParameters[1]),

xSensorInSide1 => _xSensorInSide1,

xSensorInSide2 => _xSensorInSide2

);

(*Counter UP Operation*)

_fbRTRIGSide1Up(

CLK := _xSensorInSide1,

Q=>_xSensor1CountUP

);

_fbRTRIGSide2Up(

CLK := _xSensorInSide2,

Q=>_xSensor2CountUP

);

if _xSensor1CountUP then

_udiSensorSide1Counter:=_udiSensorSide1Counter+1;

end_if;

if _xSensor2CountUP then

_udiSensorSide2Counter:=_udiSensorSide2Counter+1;

end_if;

(*Alarm Detection*)

_fbAlarm1(

IN := _xSensorInSide1 and xSensorInputSide2,

PT := REAL_TO_TIME(IN := arrrParameters[2]),

Q => _xfbAlarm1Q

);

(*Counter Reset*)

if _xfbAlarm1Q then

xAlarmSensorBothSideON:=True;

end_if;

if xAlarmReset then

xAlarmSensorBothSideON:=False;

end_if;

xSensorSide1:=_xSensorInSide1;

xSensorSide2:=_xSensorInSide2;

udiSensorSide1Counter:=_udiSensorSide1Counter;

udiSensorSide2Counter:=_udiSensorSide2Counter;

新しいConfigurationの追加

最後はプロジェクトに複数のプログラムを追加し→新しいタスクに割り付けます。

右側にあるToolbarからConfigurationをクリックします。

Add a Taskで新しいタスクを追加します。

Done!次はTask名を変更します。

Intervalでタスクの周期を定義し、今回の例では4msに設定します。

次はAdd an instanceでプログラムを割り付けます。

Done!新しいInstanceが追加されました。

次は下図のプログラム欄をクリックします。

そして呼び出したいプログラムを設定しましょう。

Done!

MAIN Program

最後はMAINプログラムです。先程定義したfb2SideSensorAlarmsをLocal変数として宣言します。

VAR

こちらはImplementation2で定義した内部変数です。

External

そしてExternal欄でグローバル変数とLinkさせます。

Configuration→Global Variablesでアプリケーションに合わせてグローバル変数を宣言しましょう。

プログラム

こちらは今回のImplementation2のMAINプログラムです。

(**)

garrrParameters1[0]:=0.1;

garrrParameters1[1]:=0.1;

garrrParameters1[2]:=0.5;

_fbCylinder2(

xSensorInputSide1 := xSensorInputSide1,

xSensorInputSide2 := xSensorInputSide2,

xReset := xReset,

xAlarmReset := xAlarmReset,

arrrParameters := garrrParameters1,

xSensorSide1 => xSensorSide1,

xSensorSide2 => xSensorSide2,

xAlarmSensorBothSideON => xAlarmSensorBothSideON,

udiSensorSide1Counter => udiSensorSide1Counter,

udiSensorSide2Counter => udiSensorSide2Counter

);

結果

Done!私達で作成したFBが無事にMAINプログラムから呼び出されました。

センサーCounterがセンサー入力により加算されます。

そしてSensor入力1とSensor入力2同時ONするとアラームがトリガーします。

また、xResetがOFF→ONするとアラームがリセットされます。